嫦娥四号是中国探月工程的第二阶段的航天器任务，它于2019年1月3日实现了月球远端的第一次软着陆。
通信中继卫星鹊桥于2018年5月21日发射，6月14日至地月拉格朗日L2点轨道。着陆器和玉兔二号月球车于2018年12月8日发射升空，并于2018年12月12日进入月球轨道，然后降落在月球的远端。嫦娥四号是中国首次登陆月球的嫦娥三号的后续任务。
该航天器最初是嫦娥三号的后备，在2013年嫦娥三号成功着陆后，它便一直处于空闲状态。嫦娥四号的配置重新进行了调整，以满足新的科学和性能目标。和前序任务一样，该任务以中国月亮女神嫦娥的名字命名。
嫦娥四号发射
总览
中国探月工程划分为技术要求逐层递增的四个阶段：第一阶段只要求到达月球轨道，嫦娥一号于2007年，嫦娥二号于2010年分别完成了此项任务。第二阶段包括在月球上降落和漫游，由嫦娥三号于2013年，嫦娥四号于2019年分别完成。第三阶段是从月球近端收集样本并将其发送回地球，这是未来嫦娥五号和六号的任务。第四阶段包括在月球南极附近开发科研站。探月工程旨在为2030年的载人登月减轻困难，也为在南极附近建立前哨基地打下基础。为了加快航空航天创新，降低生产成本并增进军民关系，中国探月工程已经开始首次吸收个人和企业的私人投资。
作为探月计划第二阶段的一部分，嫦娥四号任务最初定于2015年发射。但是调整目标和任务设计拖延了这一计划，最终它于2018年12月8日2时23分发射升空，于2018年12月12日8时45分进入月球轨道。轨道周线于2018年12月30日0时55分降至15公里（9.3英里）。在南极艾特肯盆地的冯·卡门撞击坑日出后不久，它于2019年1月3日2时26分登陆月球。
该任务将试图确定月球未探索区域的年龄和组成，并开发该工程后期所需的技术。
艾特肯盆地是古代月球上的一次碰撞时间留下的陨石坑，它现在约13公里（8.1英里）深，人们认为月球的深部地壳甚至地幔物质很可能已经暴露。如果嫦娥四号能够找到并研究其中的某些物质，它将对月球的内部结构和起源取得前所未有的认识。具体的研究目标是：
测量月球岩石和土壤的化学成分
在任务期间测量月球表面温度
用射电望远镜进行低频射电天文观测和研究
宇宙射线研究
观察日冕，调查其辐射特性和机制，并探索日冕物质抛射（CME）在太阳与地球之间的演化和传输
组成成分
通信中继卫星鹊桥
与月球远端的嫦娥四号通信
地月拉格朗日点：位于月球背后L2轨道上的卫星可以同时拥有地球和月球远端的视野
月球远端不能直接与地球通信，因为传输信号会被月球阻挡。通信必须通过拥有着陆点和地球清晰视野的通信中继卫星进行。作为探月工程的一部分，中国国家航天局（CNSA）于2018年5月20日发射鹊桥中继卫星至地月L2点轨道。中继卫星是基于嫦娥二号设计的，质量为425千克（937磅），并使用4.2米（14英尺）长的天线接收来自着陆器和月球车的X波段信号，并且将它们传递到S波段的地面站。
鹊桥使用借力式飞行路线以节省燃料，并用24天到达L2轨道。2018年6月14日，鹊桥完成了最后的燃烧调整，并进入了距月球约65,000公里（40,000英里）的L2任务轨道。这是该位置的第一颗月球中继卫星。
鹊桥名字的灵感来源于中国神话故事《牛郎织女》。
龙江号微卫星
作为嫦娥四号任务的一部分，两个微卫星（每个45千克/99磅）分别命名为龙江一号和龙江二号（DSLWP）于2018年5月同鹊桥一起发射升空。龙江一号未能进入月球轨道，但龙江二号成功进入并在月球轨道上运行至2019年7月31日。龙江二号的坠毁地点位于范根特火山口内北纬16.6956°，东经159.5170°，并形成了一个4 x 5米的撞击坑。这些微卫星的任务目标是研究天体的高能现象，它们以非常低的频率（1至30兆赫）观察天空，这对应着300至10米（984至33 英尺）的波长。由于地球电离层的影响，在地球轨道上没有进行过该频率范围的观测，所以这一研究也为科学提供了潜在突破。
嫦娥号着陆器和玉兔二号月球车
与中国许多航天任务一样，航天器和任务的细节被限制公布。所知的是嫦娥四号着陆器和月球车大多是仿照嫦娥三号及其玉兔月球车设计的。实际上，嫦娥四号是嫦娥三号的后备，根据嫦娥三号的经验和结果，嫦娥四号为适应新任务做出了调整。鹊桥中继卫星发射六个月后，长征三号乙运载火箭于2018年12月7日协调世界时18时23分发射了着陆器和月球车。
总着陆质量为1,200千克（2,600磅）。固定着陆器和玉兔二号月球车都装备有放射性同位素加热器单元（RHU），通过太阳能电池板则产生电能，以在漫长的月夜加热子系统。
着陆后，着陆器延长坡道以将玉兔二号部署至月球表面。月球车的尺寸为1.5×1.0×1.0米（4.9×3.3×3.3英尺），质量为140公斤（310 磅）。玉兔二号在广东省东莞市制造；它由太阳能供电，RHU加热，并由六个车轮推动。月球车名义上可以运行三个月，但根据2013年玉兔号的经验，月球车的设计得到了改进，中国工程师希望它能够运行“数年”。2019年12月，玉兔二号打破了苏联月球车1号的寿命记录。
科学有效载荷
两个小箭头标记的着陆点视图，月球勘测轨道器于2019年1月30日拍摄。
通信中继卫星，轨道微卫星，着陆器和月球车均载有科学有效载荷。中继卫星进行射电天文学的研究，着陆器和玉兔二号月球车进行着陆区月球物理学的研究。科学有效载荷部分由瑞典、德国、荷兰和沙特阿拉伯的国际合作伙伴提供。
中继卫星
鹊桥中继卫星部署在地月L2点轨道上，其主要功能是在地球与月球远端的着陆器之间提供连续的中继通信。
鹊桥于2018年5月21日发射升空。它利用借力式飞行路线到达月球。第一次轨道修正策略（TCM）之后，航天器就位。鹊桥在5月25日到达了L2附近。经过几次微小调整，鹊桥于6月14日到达L2轨道。
此外，这颗卫星还拥有了荷兰—中国低频探测器（NCLE），这是一种在未被探索过的80千赫至80兆赫进行天体物理学研究的仪器，由荷兰的拉德布德大学和中国科学院共同开发。轨道器上的NCLE和着陆器上的LFS协同工作，以进行低频（0.1至80 兆赫）射电天文观测。
月球着陆器
嫦娥四号着陆器（左箭头）和月球车（右箭头）。图源：NASA，2019年2月8日
着陆后6个月的嫦娥四号着陆器（中心）和月球车（着陆器西北方）。
着陆器和月球车携带有效载荷来研究着陆区的月球物理学，它具有生命科学和适度的化学分析能力。着陆器具有以下有效载荷：
降落相机（LCAM），它安装在航天器底部，并在月面上方12公里（7.5英里）处拍摄视频。
地形地貌相机（TCAM），它安装在着陆器顶部，并能够360°旋转，用于对月球表面和月球车进行高清成像。
低频射电频谱仪（LFS），用于研究频率在0.1–40兆赫之间的太阳射电爆发并研究月球的电离层。
月表中子与辐射剂量探测仪（LND），由德国基尔大学开发，它将测定辐射剂量，为未来人类探索月球做参考，并为研究太阳风做出贡献。
月球微生态系统，它是一个3千克（6.6磅）密封的生物圈圆筒，长18厘米（7.1英寸），直径16厘米（6.3英寸），它装有种子和虫卵，以测试植物和昆虫是否可以协同孵化生长。实验包括六种生物：棉籽、马铃薯、油菜籽、拟南芥（一种开花植物）、酵母菌和果蝇卵。排除月球的低重力和辐射，环境系统保持了容器内类地的宜居状态。如果蝇卵孵化，幼虫会产生二氧化碳，而发芽的植物则会通过光合作用释放氧气，科学家期待植物和果蝇能够一起在容器内产生简单的协同效应。酵母菌起到调节二氧化碳和氧气的作用，并分解果蝇和枯死植物的加工废料，从而为昆虫提供额外的食物来源。这项生物学实验是由28所中国大学联合设计的。这种封闭的生态系统中的研究成果将有益于天体生物学研究，以及空间站或太空栖息地的长期任务中生物生命支持系统的发展，以最终达成太空农业的目标。
结果：2019年1月3日，在着陆后的几个小时内，生物圈的温度被调节至24°C，种子也已被灌溉。2019年1月15日，棉籽，油菜籽和马铃薯种子都发芽了，但只有棉籽的图像被发布出来。但是在1月16日，由于月夜临近时外界温度降至-52°C（-62°F），而生物圈未能加热至24°C左右，拟定进行一百天的实验被迫在第九天终止，不过科学家还是获得了有价值的信息。
月球车
全景相机（PCAM），它安装在月球车的桅杆上，并可以旋转360°。它的光谱范围为420纳米至700纳米，并可以通过双目立体视觉获得3D图像。
测月雷达（LPR），垂直分辨率为30厘米时，它的探测深度约为30米；垂直分辨率为10米时，探测深度将超过100米。
红外成像光谱仪（VNIS），它可用于成像光谱，之后用于识别月面物质和大气微量气体。光谱范围覆盖可见光到近红外光波长（450纳米至950纳米）。
中性原子探测仪（ASAN），它是由瑞典空间物理研究所（IRF）提供的高能中性原子分析仪。它将揭示太阳风如何与月面相互作用，这有助于确定月球水形成的过程。
登陆地点
着陆点位于月球远端南极艾特肯盆地中的冯·卡门撞击坑内（直径180公里/110英里），该区域尚未被着陆器勘探过。它同时具有象征意义和科学价值，西奥多·冯·卡曼（Theodore von Kármán）是中国太空计划创始人钱学森的博士导师。
着陆器于2019年1月3日协调世界时2时26分降落，成为第一颗在月球远端着陆的航天器。
着陆点坐标为东经177.5991°，南纬45.4446°，海拔-5935米。
降落后约12小时，玉兔二号月球车部署成功。
运作与结果
降落后的几天，玉兔二号进入了第一次月夜休眠模式，并于2019年1月29日重新启动，所有设备均正常运转。在月球的第一个满月日期间，月球车行驶了120 米（390英尺），并在2019年2月11日关闭了电源，进行第二次休眠。据报道，嫦娥四号于2019年5月识别出了月表的地幔岩。2020年1月，中国发布了着陆器和月球车采集的大量数据和高分辨率图像。2020年2月，中国天文学家首次报道了一组月球喷出物的高分辨率图像，并对其内部结构进行了直接分析。以上都基于玉兔二号上的月球表层穿透雷达（LPR）在研究月球远端时所做的观察。
与其他国家的合作
嫦娥四号标志着自2011年国会禁令以来中美两国在太空探索领域的首次重大合作。两国的科学家们在降落前进行了定期会谈。会谈包括观察降落过程中探测器的火箭排气所导致的在月表升起的烟雾和颗粒，以将结果与理论预测相比较。可惜在着陆过程中，NASA的月球勘测轨道器（LRO）不在正确位置。此外美国还向中国科学家通报了他们在月球轨道上部署的卫星，而中国则与美国科学家分享了嫦娥四号着陆的经纬度和时间点。
月球远端的第一张全景照
中国已经同意NASA在未来的美国月球任务中使用嫦娥四号探测器和鹊桥中继卫星。